进程间通讯-套接字

介绍

套接字（Socket）是用于进程间通信（IPC）的一种接口技术，它可以协调不同计算机上的进程间的通信，也就是基于网络的通信。同时，它也可以用于同一台计算机上的进程间通信。
套接字通信的方式有多种。以下是一些关于使用套接字进行进程间通信的基础知识：

1. 套接字的类型：

   • TCP套接字：传输控制协议（Transmission Control Protocol）提供面向连接、可靠的数据传输服务，确保数据包按照发送顺序到达接收端。
   • UDP套接字：用户数据报协议（User Datagram Protocol）提供无连接、不可靠但速度快的数据传输服务，不保证数据包的顺序或是否到达。

2. 套接字的域：

   • AF_INET：这是最常见的套接字域，用于Internet网络，基于IPv4地址。
   • AF_INET6：用于Internet网络，基于IPv6地址。
   • AF_UNIX 或 AF_LOCAL：用于同一台机器上的进程间通信，使用文件路径作为地址。

3. 套接字的创建：
   在服务器端和客户端都需要创建套接字。这通常涉及到调用 socket() 系统调用，指定套接字的域、类型和协议。

4. 服务器端操作：

   • 绑定（bind）：服务器端需要将其套接字与一个特定的IP地址和端口号关联起来。
   • 监听（listen）：服务器端设置其套接字进入监听状态，等待客户端的连接请求。
   • 接受连接（accept）：当有客户端发起连接请求时，服务器端接受这个连接，生成一个新的套接字用于与该客户端通信。

5. 客户端操作：

   • 连接（connect）：客户端需要指定服务器的IP地址和端口号，然后发起连接请求。

6. 数据传输：

   • 发送（send/recv）：通过调用 send() 和 recv() 函数，服务器和客户端可以互相发送和接收数据。
   • 关闭连接：当通信完成时，双方可以关闭各自的套接字以结束连接。

7. 错误处理：
   在整个过程中，需要适当处理可能出现的错误，如连接失败、发送或接收数据时的错误等。

实现举例

服务器：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

#define PORT 8080

int main() {
    int server_sock, client_sock;
    struct sockaddr_in server_addr, client_addr;
    socklen_t addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    char message[100];

    // 创建套接字
    if ((server_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {
        perror("socket creation failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 设置服务器地址信息
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(PORT);
    server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

    // 绑定套接字到指定地址
    if (bind(server_sock, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
        perror("binding failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 开始监听连接请求
    if (listen(server_sock, 5) == -1) {
        perror("listening failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Server is listening on port %d...\n", PORT);

    while (1) {
        // 接受客户端连接请求
        if ((client_sock = accept(server_sock, (struct sockaddr *)&client_addr, &addr_len)) == -1) {
            perror("accept failed");
            continue;
        }

        printf("Accepted connection from %s:%d\n", inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port));

        // 接收客户端发送的消息
        if (recv(client_sock, message, sizeof(message), 0) <= 0) {
            perror("recv failed");
            close(client_sock);
            continue;
        }

        printf("Received message: %s\n", message);

        // 发送回复消息给客户端
        strcpy(message, "Hello from server!");
        if (send(client_sock, message, strlen(message), 0) <= 0) {
            perror("send failed");
            close(client_sock);
            continue;
        }

        printf("Sent reply to client\n");

        // 关闭与客户端的连接
        close(client_sock);
    }

    // 关闭服务器套接字
    close(server_sock);

    return 0;
}

客户端：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

#define SERVER_IP "127.0.0.1"
#define PORT 8080

int main() {
    int client_sock;
    struct sockaddr_in server_addr;
    char message[100];

    // 创建套接字
    if ((client_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {
        perror("socket creation failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 设置服务器地址信息
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(PORT);
    if (inet_pton(AF_INET, SERVER_IP, &server_addr.sin_addr) <= 0) {
        perror("invalid address / address not supported");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 连接到服务器
    if (connect(client_sock, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
        perror("connection failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Connected to server at %s:%d\n", SERVER_IP, PORT);

    // 发送消息给服务器
    strcpy(message, "Hello from client!");
    if (send(client_sock, message, strlen(message), 0) <= 0) {
        perror("send failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Sent message to server\n");

    // 接收服务器的回复
    if (recv(client_sock, message, sizeof(message), 0) <= 0) {
        perror("recv failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Received reply from server: %s\n", message);

    // 关闭套接字
    close(client_sock);

    return 0;
}

示例说明

在这个例子中，服务器在本地主机的8080端口上监听连接请求。客户端连接到服务器，并发送一条消息。服务器接收消息，然后回复一条消息给客户端。最后，客户端接收回复并关闭连接。注意，你需要将SERVER_IP变量设置为你的服务器的实际IP地址（在这个例子中，我们使用的是本地回环地址127.0.0.1）。

总结

套接字通信提供了灵活且强大的机制来进行进程间通信，无论是本地还是网络环境。然而，它也相对复杂，需要处理诸如连接管理、数据流控制、错误处理等问题，所以我们再使用的时候，一定要评估好技术方案，是否有必要通过套接字实现进程通讯。